本发明属于焊接材料技术领域，特别涉及一种高强钢气体保护电弧焊用实心焊丝(以下简称实心气保焊丝)。尤其提供了一种熔敷金属抗拉强度rm≥650mpa的实心气保焊丝及其原料盘条，可用于工程机械、建筑、桥梁等领域相应高强钢板的焊接。
背景技术：
近年来，焊接材料的品种结构发生了较大变化，手工电焊条耗费量虽然也在增长，但占焊材消费总量的比例由10年前的近80％降至50％以下，而自动焊所需的各种类焊丝比例则相应增长至50％以上，尤其实心气保焊丝，具有操作灵活、高效高能的优势，逐步成为替代手工电焊条的主要焊接材料，现年表观消费量基本稳定在150万吨左右，而随着我国劳动力成本持续上升、熟练焊工短缺以及焊接效率的提高等形势趋势，焊接自动化的进程明显加快，预计今后几年，我国焊接自动化水平仍将稳步提升，以焊丝为代表的半自动化、自动化焊接材料的比例将持续提高。
除了产品类型的改变，产品等级也在提升，随着战备性新型产业的发展，高端装备制造业所需的高端钢材逐年增量，例如海工、核电和煤电及水电工程、大型石化设备制造、桥梁工程等，大型工程机械也要配套发展。在这些领域中，钢材多数经过焊接加工才得以实现其功能，焊缝质量是工程结构寿命的关键，必须具有与基材相当的性能，因而对焊接材料也不断提出更高要求，这其中以高强度、高韧性为代表特征的高强焊丝，承担了缓解工程承载吨位和自身重量相矛盾的任务，即是首先发展的方向，将成为焊接材料市场的热点。
目前市场上高强类实心气保焊丝，主要分为两种类型，一是传统的ni-mo合金体系，可保证焊缝良好的机械性能，占据主流，但其原料盘条成本和加工制作成本均较高；其二是cr-ti-v-b合金体系，以相对廉价的合金元素替代ni、mo，降低了生产成本，可实现同样的强度，但不能稳定保证低温性能，因此适用于某些特定行业和领域。
焊丝是决定焊缝成分、组织和性能的主要因素，而由于实心气保焊丝的制作工艺和使用方法，原料盘条是决定焊丝品质的关键因素。传统的高强焊丝用盘条由于受到成本中合金种类和数量的影响，在焊丝的加工制作过程中均需经过退火处理，焊丝的制作成本相应提高。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种高强钢用实心气保焊丝及其原料盘条。焊丝可用于650-700mpa级别高强钢的焊接，熔敷金属同时具有良好的韧塑性；原料盘条成分设计有利于拉拔性能的有效控制，可以实现焊丝的经济制作。
一种高强钢用实心气保焊丝及其原料盘条，其化学成分按质量百分比为：c：0.06-0.15％，si：0.60-1.00％，mn：1.50-2.00％，p≤0.025％，s≤0.020％，ni：0.10-0.60％，cr：0.40-0.80％，cu≤0.25％，v：0.02-0.10％，ti：0.08-0.25％，b：0.002-0.008％，o≤0.0070％，n≤0.0070％，其余为铁和不可避免的杂质。
所用原料盘条元素含量与焊丝要求相同。
优选的，所述的c含量为0.06-0.10wt％。
优选的，所述的si含量为0.60-0.90wt％，mn含量为1.50-1.80wt％。
优选的，所述的cr含量为0.40-0.60wt％。
优选的，所述的ni含量为0.20-0.40wt％。
优选的，所述的cu含量为＜0.15wt％。
优选的，所述的ti含量为0.08-0.17wt％。
优选的，所述的b含量为0.003-0.006wt％。
优选的，所述的v含量为0.02-0.06wt％。
本发明个元素选择的原理：
c元素可有效提高焊缝强度，但碳含量过高时则焊接性不好，因此需控制适宜的范围。本发明中c含量0.06-0.15wt％，其最佳范围0.06-0.10wt％。
si、mn既是有效的脱氧元素，在钢中还可以发挥固溶强化作用，mn可以提高钢的淬透性，都可提高焊缝强度；控制适宜的si/mn比值，也有利于焊缝熔敷金属流动性的控制，改善焊缝成型。本发明中si含量0.60-1.00wt％，mn含量1.50-2.00wt％，最佳范围分别是si0.60-0.90wt％和mn1.50-1.80wt％。
cr能显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，尤其与ni复合使用时效果更显著，还增加熔敷金属中针状铁素体比例，有利于提高焊缝强度。本发明中cr含量0.40-0.80wt％，其最佳范围0.40-0.60wt％。
ni能提高钢的强度和韧性，还可提高淬透性，在高温时可阻止晶粒的增长，保持细晶粒阻止，可保持钢良好的塑性和韧性。本发明中ni含量0.10-0.60wt％，其最佳范围0.20-0.40wt％。
cu能提高钢的强度和淬透性，但破坏钢材的热加工性能，导致裂纹产生几率大幅增加。本发明中cu含量≤0.25wt％，其最佳范围＜0.15wt％。
ti是强脱氧剂；在冷却过程中，可与钢中的c、n、s等元素反应，生成弥散分布的纳米级析出物，细化焊缝微观组织，并有着显著的沉淀强化作用；ti在钢中优先mn与s反应，可改善钢中硫化物夹杂形态，有利于改善钢的各向异性；此外，ti可用于调整熔敷金属流动性，使焊丝适用于更多焊接条件。本发明中ti含量0.08-0.25wt％，其最佳范围0.08-0.17wt％。
b在钢中即使是微量的存在，也可显著提高钢的淬透性，在与ti复合使用时更为突出，增加针状铁素体含量，可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。本发明中b含量0.002-0.008wt％，其最佳范围0.003-0.006wt％。
v能与钢中的c生成vc在相对低温区析出，弥散度很高，且较为稳定，有显著的析出强化作用，可在热处理过程中细化钢的晶粒阻止其长大，提高钢的强度、韧性和耐磨性。本发明中v含量0.02-0.10wt％，其最佳范围0.02-0.06wt％。
p、s均是钢中的杂质元素。含硫高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂；p虽然于强度有益，但能使钢的可塑性及韧性明显下降，尤其在低温下更为严重。因此钢中的p、s含量均需严格控制，以提高焊缝的纯净度。本发明中p含量≤0.025wt％、s含量≤0.020wt％。
o在钢中以各种氧化物夹杂形式存在，使钢的强度、塑性降低，尤其对疲劳强度、冲击韧性等有严重影响。本发明中o含量≤0.0070wt％。
n在钢中与ti、v等微合金元素生成氮化物夹杂，消耗了微合金元素，降低了微合金元素的析出、细晶等强化作用，而生成的氮化物夹杂对钢疲劳性能等破坏尤胜于氧化物夹杂。本发明中n含量≤0.0070wt％、
本发明的优点在于：
1)所述实心气保焊丝的焊缝具有优于基材的机械性能，其中熔敷金属抗拉强度可达到≥650mpa，使用混合气体保护焊时效果更为优良，可满足700mpa强度级别要求，焊缝在-40℃时仍具有良好的冲击韧性，能够满足相应级别高强钢板的焊接使用要求。
2)所述实心气保焊丝的焊接操作性优良，焊接时电弧稳定、焊接飞溅小、焊缝成型美观、焊接烟雾小，可用于全位置焊接。
3)所述实心气保焊丝较现有同类型焊接材料相比，具有优势的综合性能和经济效益，有利于市场的推广普及。
4)所述实心气保焊丝及其原料盘条生产工艺与现有成熟工艺相同，易于实现工业化生产，控制原料盘条拉拔性能，可免退火制作优质的成品焊丝。
具体实施方式
本发明中所述实心气保焊丝具体应用实例如下。
焊丝的主要化学成分如表1所列。
表1应用实例焊丝主要化学成分，wt％
1、焊接工艺性能实验：
在电流200-350a和电压30-35v的焊接参数范围内，检测了焊丝焊接工艺性能，实验焊丝直径φ1.6mm，在实验中较为宽松的规范条件下：焊接工艺性能优良，焊缝成型良好，飞溅少，能满足焊接工艺要求。
2、焊缝力学性能实验：
实验中保护气体分别用了100％co2(a)和80％ar2+20％co2(b)，焊接参数为电流330-380a和电压32-35v。检测焊缝熔敷金属力学性能，结果见表2。
表2应用实例焊丝熔敷金属力学性能
由实验结果可见，本发明中所述实心气保焊丝使用co2气体保护焊时，熔敷金属rm≥650mpa，混合气体保护焊时rm≥700mpa，-40℃冲击吸收功均能保证≥60j，可应用于工程机械、桥梁、建筑等领域中相应级别高强钢的焊接。
3、高强钢板对接试验
为考察开发的高强焊丝的实际焊接接头的性能，选用x80管线钢板进行了接头的对接试验，板厚为18mm。焊接工艺参数为：电流，320-350a；电压，30-33v。
在垂直焊缝的方向截取30mm的窄条，做对接接头的拉力和冷弯试验。试验结果为：拉力试样在母材断裂，断裂时的抗拉强度为725mpa；冷弯试验结果表明，焊缝经过180°的冷弯，d＝3a，焊缝合格。
以上所述具体实例仅用于说明本发明内容，本发明的保护范围不限于此，以权利要求书为准。